Observation of flat-bottom U-shaped energy gap in high-Tc nickelate (La,Pr)₃Ni₂O₇ thin films

利用极低温扫描隧道显微镜/谱和电输运测量,本研究首次在(La,Pr)₃Ni₂O₇薄膜中观测到能量对称、平底U形超导能隙,其零残余态密度且能隙大小超过40 meV。输运测量显示该薄膜在常压下具有超过40 K的起始超导转变温度和超过20 K的零电阻温度。隧穿谱呈现非常规的温度演化:随温度升高,U形能隙迅速填充并转变为V形能隙;同时,在14特斯拉的c轴磁场下能隙减小。这些温度与磁场依赖特性符合超导能隙行为,表明在极低温下存在无节点能隙函数。该发现揭示了双层镍氧化物高温超导的本质,并为在常压或零压下实现液氮沸点以上超导温度提供了重要启示。

octahedral tilting

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On estimating superconducting shielding volume fraction from susceptibility in pressurized Ruddlesden-Popper nickelates: Response to arXiv:2602.19282

这篇回应性论文澄清了在加压Ruddlesden-Popper镍酸盐中超导屏蔽体积分数的评估方法。作者指出,他们的方法直接源于有限样品的标准静磁自洽关系(公式2-4),通过退磁因子N修正测量磁化率以得到内在磁化率,并由此估计屏蔽体积分数(f ≈ -χ)。该方法已在超导体文献中广泛应用数十年。以单晶样品S6为例,在50 GPa和5 K下,应用自洽公式计算得到超导屏蔽体积分数约为86%,而在40 GPa下约为82%。作者论证,arXiv:2602.19282中质疑的根本缺陷在于对方假设测量到的抗磁矩与超导屏蔽体积分数成线性比例,并通过计算全屏蔽麦斯纳磁矩进行简单归一化。这一假设对于强退磁的薄圆盘状样品不成立,因为内场与磁化通过退磁场自洽耦合,使得测量磁矩与屏蔽分数呈非线性关系,从而导致对方方法给出约60%的偏低估计。论文还讨论了单退磁因子框架的适用范围,指出其样品结构均匀、质量高,支持该宏观描述,而对方构造的人为相分离模型不适用于此。作者结论认为,基于静磁自洽的方法是正确且广泛采用的标准方法。

On the estimating the superconducting volume fraction from the internal magnetic susceptibility

Zhang等人[1]报道了高压下Pr₄Ni₃O₁₀单晶的零场冷却(ZFC)和场冷却(FC)数据,证实了Ruddlesden-Popper镍酸盐中的体超导电性,并利用内部磁化率χ_internal的幅度估算超导体积分数f=0.85。本文对该方法的关键假设f=|χ_internal|提出质疑,并通过反例说明:即使样品计算出的|χ_internal|达0.82,实际超导体积分数f可能低于0.10。作者指出,退磁因子N的计算依赖于非超导区域在样品中的分布,而均匀性假设并不成立——若90.2%的体积为非超导相,只要其几何形状改变退磁因子,磁化率测量值仍可匹配原始结果。因此,仅凭χ_internal无法唯一确定f,该方法在整个超导研究领域需要重新审视。

Orbital dimerization-induced first-order structural phase transition: a case study in La₃Ni₂O₇

该研究以新发现的镍基超导体La₃Ni₂O₇为例,揭示了其一级结构相变背后的“轨道二聚化”机制。作者指出,标准密度泛函理论(DFT)及考虑原子内关联的LDA+DMFT方法均无法重现该相变的突然性,因为这些方法忽略了关键的原子间关联。通过构建包含低能活性轨道的多体有效哈密顿量并进行精确对角化,他们发现当Ni-O-Ni键角趋于平直时,层间Ni轨道之间会产生强烈的反铁磁超交换作用,形成自旋单态键合,从而引起总能量急剧下降。这种能量降低在特定构型处产生新的局域能量极小值,与倾斜构型共存,完美解释了实验中观测到的一级相变特征,以及高低压结构的共存现象。该机制不仅改变了晶格键合性质,还导致低能电子结构定性变化(如超导电性的出现)。该工作建立的DFT加多体修正计算框架具有普适性,适用于含开壳层d/f电子的离子材料,为理解此类体系的结构与电子性质关联提供了关键微观机理。

orbital selective renormalization

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orbital selectivity

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Orbital Signatures of Density Wave Transition in La₃Ni₂O₇-delta and La₂PrNi₂O₇-delta RP-Nickelates Probed via in-situ X-ray Absorption Near-edge Spectroscopy

The report of superconductivity (SC) with Tc~80 K in bilayer Ruddlesden-Popper (RP) nickelate La3Ni2O7-delta have sparked considerable investigations on its normal state properties and SC mechanism under pressure and at low temperature. It is believed that the density wave (DW) at ~150 K plays an important role in SC emergence, but its nature remains largely underexplored. Here, we utilized temperature-dependent in-situ Ni K-edge X-ray Absorption Near-edge Spectroscopy (XANES) to probe the Ni-3d/4p electronic states of La3Ni2O7-delta and La2PrNi2O7-delta samples down to 4.8 K, enabling us to witness the evolution of both in-plane d_(x^2-y^2)/p_x (p_y) and out-of-plane d_(3z^2-r^2)/p_z orbitals of NiO6 octahedron across the DW transition. Main edge energy associated with Ni 4p orbital shows an anomalous decline near DW transition, signifying the occurrence of lattice distortions as a hallmark of charge density wave. Below DW transition, the enlarged crystal field splitting (CFS) indicates an enhanced NiO6 octahedral distortion. Intriguingly, magnetic Pr substituents could activate the mutual interplay of d_(x^2-y^2) and d_(3z^2-r^2) orbitals. We discussed its relevance to the favored bulk SC in the pressurized polycrystalline La2PrNi2O7-delta than pristine.

Orbital-Selective d-wave Superconductivity in the Two-Band t-J Model: Possible Applications to La₃Ni₂O₇

本研究采用变分蒙特卡罗方法,对包含一个巡游轨道(轨道0)和一个准局域轨道(轨道1)的双带t-J模型中的超导电性进行了探索。核心发现是,系统呈现出稳健的轨道选择性d波超导态,该超导态完全起源于巡游的轨道0。通过对超交换能级层次的分析表明,准局域化的轨道1通过倾向于形成局域轨道间束缚态来与超导电性竞争,这些束缚态作为能量缺陷破坏了相位相干性。相应地,超导序参量随轨道1占据数的增加而单调下降。受镍酸盐La₃Ni₂O₇中超导电性的启发,这些结果强调了超越单带t-J框架的多轨道物理的关键作用,并为提高超导转变温度指明了具体途径:抑制源于局域d_{z²}轨道的参与。

Orbital-selective electron correlations in high-Trm c bilayer nickelates: from a global phase diagram to implications for spectroscopy

通过构建双层两轨道哈伯德模型的全域相图,研究了双层镍酸盐La3Ni2O7中的轨道选择性电子关联。在半填充时体系发生莫特转变,在物理电子数下呈现强轨道选择性,表现为z²轨道电子形成层间自旋单重态。该效应导致能带结构显著重整化,带宽大幅收缩,而z²成键与反键带间的分裂仍维持在约1 eV。这些关联特征自然解释了ARPES实验观测到的轨道依赖有效质量增强和z²成键带下沉至费米能级以下,以及光学电导率中Drude权重急剧降低而带间峰位几乎不移动的矛盾现象。理论分析表明,层间反铁磁超交换作用在维持带分裂中起关键作用,且层内关联使z²带脱离费米面。该工作为理解多层镍酸盐的常态性质和高温超导机制提供了统一的微观图像。